薄板坯連鑄技術的最新進展

馮士超，丁瑞鋒，王艷紅（鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009）

?

薄板坯連鑄技術的最新進展

馮士超，丁瑞鋒，王艷紅
（鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009）

摘要：闡述了國內外薄板坯連鑄技術的最新進展，列舉了近年來典型的新建或改造的薄板坯連鑄機的技術裝備和生產現狀，指出了薄板坯連鑄將向高拉速、穩定化方向發展。

關鍵詞：薄板坯；連鑄；結晶器

馮士超，碩士，高級工程師，2006年畢業于東北大學冶金物理化學專業。E-mail：maxfsc@163.com

薄板坯連鑄連軋的優越性是簡化了生產工藝流程，降低了基建投資，節省了能源和生產成本［1］。在經歷20多年的發展以后，各種形式的薄板坯連鑄技術之間不斷融合、滲透和借鑒，新建或改造的薄板坯連鑄生產線裝備了當今先進的技術［2-3］，擴大了品種范圍［4］。我國的薄板坯連鑄生產線在數量、產能以及年產量方面都位居世界前列，并且在關鍵技術和產品研發等方面也取得了長足的進步［5-6］。

世界薄板坯連鑄工藝主要包括：德國西馬克公司的CSP、德馬格公司的ISP（現與德馬克公司合并）、意大利達涅利公司的FTSC、奧鋼聯的CONROLL、日本住友與三菱公司開發的QSP、美國蒂平斯公司的TSP和鞍鋼的ASP技術等。自美國紐柯公司投產世界第一條薄板坯連鑄生產線以來，目前薄板坯連鑄已進入新的發展階段［7］，工藝上更加注重連鑄新技術的應用，這些技術包括：結晶器內腔形狀與冷卻結構優化、電磁制動技術、大通量浸入式水口、保護渣技術以及結晶器振動優化技術等。這些技術的應用提高了連鑄機的拉速，滿足了鋼廠對薄板坯連鑄機產能的需求。薄板坯連鑄從最初只能生產簡單的幾個品種發展為可以生產合金鋼、微合金鋼、特殊鋼、雙相鋼、TRIP鋼和硅鋼等。

1　國外薄板坯連鑄技術的最新進展

薄板坯連鑄技術發展至今，鋼廠對薄板坯連鑄機的產能、品種和板坯質量要求不斷提高，這就促進了該技術的開發和進步，其中發展最快、應用最廣泛的是CSP技術和FTSC技術。

1.1CSP連鑄技術的發展

1.1.1主要工藝技術

CSP技術經歷了20多年的發展目前已經進入第三代，與第一、二代相比，工藝流程沒有發生本質變化，主要是開發和應用了部分技術。第三代CSP連鑄機的核心技術是優化了漏斗形結晶器，從根本上解決了浸入式水口的使用壽命問題，使得高效連續澆鑄薄規格鑄坯成為現實。圖1是CSP工藝采用的漏斗形結晶器。

圖1　CSP工藝的漏斗形結晶器

漏斗形結晶器在形狀上滿足了浸入式水口插入、保護渣熔化和板坯厚度的要求，提高了薄板坯連鑄機連澆爐數和生產率，可減少耐火材料消耗，降低生產成本。

新一代CSP流程短、拉速快、鑄坯薄、鑄坯凝固速度快，降低了元素偏析程度，提高了等軸晶率，從而有利于無取向硅鋼降低鐵損和減小硅含量高時產品出現的缺陷。采用液芯輕壓下細化了晶粒，使得在相同溫度下鑄坯的韌性更好。均熱工藝使板坯縱向溫度更均勻，從而保證產品性能穩定。省去鑄坯冷卻和再加熱的過程，避免了可能發生的內部裂紋和斷坯造成的質量問題。新一代CSP廠的生產成本降低，能源消耗和環境排放減少，產品范圍拓寬，產品質量提升，可替代部分冷軋帶鋼。

1.1.2國外新一代CSP廠主要指標

美國Severstal鋼廠的單流CSP薄板坯連鑄機投產后1年內統計的主要數據指標見表1［8］。

表1　Severstal鋼廠的CSP連鑄機主要數據指標

Severstal廠CSP薄板坯連鑄機的特點是：連澆時間長，優化了鋼水在結晶器內的控制，連鑄坯合格率98.6％，帶鋼公差范圍達到冷軋帶鋼公差的水平。

印度ESSAR Steel Hazira公司新一代CSP廠優化了結晶器設計，鑄機連澆爐數最高18爐，能夠生產超薄熱帶鋼，以最低修整率軋制成最終1.0mm的厚度，經飛剪后可達0.8mm。該廠投產以后滿足了印度熱軋薄帶鋼市場的需求。

1.2FTSC連鑄技術的發展

1.2.1主要技術裝備

達涅利FTSC技術是CSP技術強有力的競爭對手，達涅利最新的第四代薄板坯連鑄技術特點如表2所示［9-10］，適合生產較大厚度的鑄坯。

H2長漏斗形結晶器是FTSC工藝薄板坯連鑄機的核心設備，如圖2所示。其優點是內部容積大，有很好的鋼液自然減速作用。據達涅利公司稱，FTSC工藝的鑄機在澆鑄35mm厚薄板坯時，拉速可達到10m/min，甚至12m/min。在澆鑄50～70mm厚薄板坯時，最大拉速可達8m/min，而且能夠確保設備生產運行安全和穩定。

1.2.2典型FTSC廠主要技術指標

（1）浦項公司

浦項與達涅利合作開發的新一代高速薄板坯連鑄機，采用單流連鑄機取代原有的兩臺薄板坯連鑄機。鑄機水平段由五部分組成，整個冶金長度為20m，每年可生產180萬t優質帶卷。使用結晶器液面控制器，在一個澆次中，結晶器液面波動穩定在±3mm以內。4孔浸入式水口可適應較大的鋼水流量。板坯角部采用一個獨立的二冷控制系統，可獲得合適的板坯角部溫度，整個二冷設計可以確保在高速連鑄條件下，鑄坯的溫度足以進行直接軋制。采用動態輕壓下技術，縱向裂紋和邊部/角部裂紋等缺陷均低于1.0％。連續操作時正常的澆鑄速度都在7.0m/min以上，板坯平均厚度110mm，不同鋼種的澆鑄速度如表3所示。

（2）東部制鋼公司

韓國東部制鋼公司的薄板坯連鑄機采用達涅利第四代FTSC技術，裝備了鋼水液位控制系統、鑄坯鼓肚抑制系統以及漏鋼預報系統等自動控制系統，使生產過程更容易控制，大幅度提高了連鑄機生產能力。采用H2形結晶器設計，改善結晶器鋼水流場。厚度為70mm，不同寬度鑄坯的澆鑄速度見表4所示。

表2　達涅利最新第四代薄板坯連鑄技術特點

圖2　FTSC工藝的H2形結晶器

表3　不同鋼種的澆鑄速度*

表4　厚度為70mm、不同寬度鑄坯的澆鑄速度m/min

在高速澆鑄過程中，沒有出現漏鋼現象。鑄坯在設備出口處的溫度曲線顯示，鑄坯溫度變化穩定，溫度分布均勻。鑄坯內部沒有出現裂紋，中心偏析可忽略不計。

（3）俄羅斯OMK公司

俄羅斯OMK公司是世界上第一個采用薄板坯連鑄工藝生產北極高寒地區用API石油管線鋼的生產廠。采用的H2結晶器在彎月面處的截面尺寸很大，可確保彎月面具有良好的穩定性，使流場獲得最佳動力學條件，從而減少產生橫向和縱向裂紋的危險。浸入式水口和銅板之間的距離明顯加大，因此可最大限度地減少產生縱向中心裂紋的危險。建立在液芯控制系統基礎上的動態輕壓下技術能細化晶粒尺寸，中心偏析程度降至最低。

（4）Severstal Lucchini公司

Severstal Lucchini公司設在意大利Piombino鋼廠的新鑄機采用H2結晶器，設有11個扇形段，冶金長度為15.78m。采用高效噴嘴，可實現動態控制的氣水霧化二次冷卻系統，所有的扇形段都具備動態輕壓下功能，可實現最大拉速6m/min。主要產品是高強度低合金鋼、雙相鋼和包晶鋼。

1.3西門子奧鋼聯中薄板坯連鑄CONROLL

CONROLL工藝中采用平行板形直結晶器，如圖3所示。

圖3　CONROLL工藝的平行板形直結晶器

奧鋼聯（SVAI）認為，只有鋼水在其內部凝固時不變形，且保持液面平穩，才有利于消除鑄坯表面裂紋，促使結晶器內鋼中夾雜物上浮和防止卷渣。結晶器斷面尺寸是1500mm×（70～125）mm，采用扁平狀浸入式水口，鋼水從兩側壁孔流出。SVAI從節能降耗的角度認為，70～90mm厚的鑄坯生產能耗和加工成本最低，不必追求太薄的鑄坯厚度，而是趨向中等厚度［11］，從而確立在薄板坯和傳統板坯厚度之間的領先地位。SVAI認為，中薄板坯生產工藝將薄板坯和傳統厚板坯生產工藝的優點相結合并充分發揮，總投資低，生態環境影響小，操作經濟，應對市場變化更靈活，產品范圍寬，中薄板坯連鑄工藝將備受關注。

2　我國薄板坯連鑄技術的最新進展

我國薄板坯連鑄技術經過多年的發展以后，各項技術指標不斷提高，高附加值產品份額逐漸增加。漏鋼預報系統的應用使得漏鋼率大幅度降低，國內正常生產的薄板坯連鑄機漏鋼率平均為0.3％左右，如包鋼的雙流薄板坯連鑄機，正常工作拉速4.2～4.5m/min，在產能接近300萬t/a的情況下，2009年全年漏鋼率為0.04％；邯鋼、唐鋼達到了0.18％；濟鋼的ASP中薄板連鑄機，在拉速1.8～2.8m/min的情況下，從2009年到2010年上半年漏鋼率為0。但應該指出的是，漏鋼率的降低與連鑄的拉坯速度有很大關系，目前國際上薄板坯連鑄的最高拉速已經接近8m/min，國內薄板坯連鑄機的拉速與國際先進水平相比還有很大差距。國內一些鋼廠和機構在提高連鑄機穩定運行方面已經開展了自主研發工作，例如浸入式水口結構、保護渣成分的開發設計等。武漢科技大學提出使用十字出口形浸入式水口［12］、唐鋼采用平頭浸入式水口［13］、珠鋼設計四孔水口代替原來的二孔水口，通過優化浸入式水口出鋼孔端面的形狀和結晶器內的浸入深度，改善了結晶器流場。本鋼、邯鋼、唐鋼、漣鋼等開發出適合自身生產要求的結晶器保護渣，可替代進口，使用效果良好。

近年來我國新建或改造的薄板坯連鑄機裝備了先進的連鑄技術，目標是進一步拓展品種、改善鑄坯質量、節能降耗、降低生產成本、提高生產線的產能和生產效率。例如我國武鋼新建的CSP連鑄機的主要技術指標是［14］：①連鑄機冶金長度10305mm，拉速3～6m/min；②采用電磁制動技術確保結晶器液面波動在±2mm范圍內；③二次冷卻采用高壓噴冷，冷卻更加均勻。武鋼薄板坯連鑄機產品定位在汽車結構鋼、管線鋼、無取向硅鋼、取向硅鋼等高附加值產品。唐鋼2012年對FTSC生產線進行了改造［15］，根據不同鋼種優化結晶器的結構設計，并增大二次冷卻強度，設置合理的動態壓下模式，產品質量明顯改善，特別是表面縱裂得到控制，而且擴大了品種范圍。

3　結語

不同類型薄板坯連鑄技術的競爭推動了該技術的不斷發展和完善，國內外大型鋼鐵企業新建或改造的連鑄機采用了新一代薄板坯連鑄的先進技術，以加強高附加值鋼種的開發并實現批量生產。CSP生產線的產量和產品質量都有進一步的提高，生產的鋼種不斷增加，達涅利FTSC薄板坯連鑄機的設計理念可確保鑄機達到最大生產能力，并保持鑄坯良好的內部質量和表面質量?？傊?，新一代薄板坯連鑄生產線的產品開發正在向傳統厚板坯連鑄生產的所有品種發展。

參考文獻

［1］廖建云.對薄板坯連鑄連軋技術的客觀分析［J］.煉鋼，

2009，25（5）：66-69.

［2］韓立海，鄭淑國，樸峰云.通鋼FTSC薄板坯連鑄中間包控流裝置的優化改進［J］.連鑄，2012（2）：18-24.

［3］翟文東，周建軍.動態軟壓下技術在薄板坯連鑄中的應用［J］.冶金自動化，2008（S1）：64-66.

［4］Gabriele Paulonl，Carlo P．Piemontel，Bruce Kozak，etc.薄板坯連鑄工藝高附加值鋼種生產的發展［C］∥第六屆中國國際鋼鐵大會論文集.北京：中國鋼鐵工業協會，2010：165-173.

［5］殷瑞鈺.中國薄板坯連鑄連軋的進展［J］.鋼鐵，2008，43（3）：1-9.

［6］鄧陳虹，彭善忠，王立濤.薄板坯連鑄連軋生產取向電工鋼工藝開發現狀［J］.連鑄，2012（4）：15-22.

［7］殷瑞鈺，張慧.新形勢下薄板坯連鑄連軋技術的進步與發展方向［J］.鋼鐵，2011，46（4）：1-9.

［8］KLEIN Christoph，KLINKENBERG Christian.Novel CSP Concepts for Flexible Production at lower cost［C］∥第九屆中國鋼鐵年會論文集.北京：中國金屬學會，2013：1-7.

［9］Andrea Carboni.The Evolution of the Thin Slab Caster Concept Latest TSC Technology to Produce Over 330 t Hour Per Strand ［C］∥AISTech 2012 Proceedings，2012：1349-1359.

［10］The Danieli INMO mould concept：an innovative tool for superior quality in slab casting［C］∥第七屆中國鋼鐵年會論文集.北京：中國金屬學會，2009：895-913.

［11］Wagner Anton F，Reiter Konrad，Watzinger Josef.中薄板坯連鑄一介于傳統連鑄和薄板坯連鑄領域的20年經驗［C］∥2009年薄板坯連鑄連軋國際研討會論文集.南京：中國金屬學會，2009：24-30.

［12］張華，倪紅衛，陳光友，等.薄板坯連鑄十字出口形浸入式水口結構優化的水模型研究［J］.特殊鋼，2008，29（4）：22-24.

［13］孫彩君，徐海芳，王愛東，等.薄板坯連鑄用平頭浸入式水口的研究開發［J］.河北冶金，2012（9）：41-44.

［14］吳健鵬，王金平，沈繼勝，等.武鋼薄板坯連鑄連軋工藝特點和品種開發方案探討［C］∥2009年薄板坯連鑄連軋國際研討會論文集.南京：中國金屬學會，2009：58-62.

［15］張洪波，楊曉江，李夢英，等.唐鋼薄板坯連鑄工藝技術及品種開發的進展［C］∥第十七屆全國煉鋼學術會議論文集.北京：中國金屬學會，2013：989-996.

（編輯許營）

修回日期：2015-10-30

The Latest Progress on Development of Thin Slab Continuous Casting Technology

Feng Shichao，Ding Ruifeng，Wang Yanhong
（Iron & Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation，Anshan 114009，Liaoning，China）

Abstract：The latest progress on development of the thin slab continuous casting technology at home and abroad was discussed.Some typical newly-built thin slab continuous casters in recent years and their situation in operation were cited.It is pointed that the thin slab continuous casting technology will be developed towards the direction of high casting speed and stabilization.

Key words：thin slab；continuous casting；mold

中圖分類號：TF777

文獻標識碼：A

文章編號：1006-4613（2016）03-0007-04